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以后都不要再問(wèn)HTCC,LTCC,DBC,DPC,AMB都是什么了!

24 2023-10-20
AMB陶瓷基板

陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷基片表面( 單面或雙面)上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能,高導(dǎo)熱特性,優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強(qiáng)度,并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形,具有很大的載流能力。因此,陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

陶瓷基板

按制造工藝分類陶瓷基板主要分為平面陶瓷基板和三維陶瓷基板兩大類。

主要的平面陶瓷基板工藝可分為薄膜陶瓷基板(TFC)、厚膜印刷陶瓷基板(TPC)、直接鍵合銅陶瓷基板(DBC)、活性金屬焊接陶瓷基板(AMB)、直接電鍍銅陶瓷基板(DPC)。
主要的三維陶瓷基板分為高溫共燒陶瓷基板(HTCC)和低溫共燒陶瓷基板(LTCC)。


現(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類有:HTCC,LTCC,DBC,DPC,AMB等。

  • HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic,高溫共燒陶瓷):屬于較早發(fā)展的技術(shù),是采用陶瓷與高熔點(diǎn)的W、Mo等金屬圖案進(jìn)行共燒獲得的多層陶瓷基板。但由于燒結(jié)溫度較高使其電極材料的選擇受限,且制作成本相對(duì)昂,促使了LTCC的發(fā)展。
  • LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低溫共燒陶瓷):LTCC技術(shù)共燒溫度降至約850℃,通過(guò)將多個(gè)印有金屬圖案的陶瓷膜片堆疊共燒,實(shí)現(xiàn)電路在三維空間布線。
  • DPC(Direct Plating Copper,直接鍍銅):是在陶瓷薄膜工藝加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的陶瓷電路加工工藝。以陶瓷作為線路的基板,采用濺鍍工藝于基板表面復(fù)合金屬層,并以電鍍和光刻工藝形成電路。
  • DBC(Direct Bonded Copper,直接覆銅):通過(guò)熱熔式粘合法,在高溫下將銅箔直接燒結(jié)到Al2O3和AlN陶瓷表面而制成復(fù)合基板。
  • AMB(Active Metal Brazing,活性金屬釬焊):AMB是在DBC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,在 800℃左右的高溫下,含有活性元素 Ti、Zr 的 AgCu 焊料在陶瓷和金屬的界面潤(rùn)濕并反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬異質(zhì)鍵合。

其中,HTCC\LTCC都屬于燒結(jié)工藝,成本都會(huì)較高。而DBC與DPC則為國(guó)內(nèi)近年來(lái)才開(kāi)發(fā)成熟,且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術(shù),DBC是利用高溫加熱將Al2O3與Cu板結(jié)合,其技術(shù)瓶頸在于不易解決Al2O3與Cu板間微氣孔產(chǎn)生之問(wèn)題,這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)能量與良率受到較大的挑戰(zhàn),而DPC技術(shù)則是利用直接鍍銅技術(shù),將Cu沉積于Al2O3基板之上,其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù),其產(chǎn)品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與工藝技術(shù)整合能力要求較高,這使得跨入DPC產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)門檻相對(duì)較高。
與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比,AMB陶瓷基板是靠陶瓷與活性金屬焊膏在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合,因此其結(jié)合強(qiáng)度更高,可靠性更好,極適用于連接器或?qū)﹄娏鞒休d大、散熱要求高的場(chǎng)景。尤其是新能源汽車、軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、光伏、5G通信等對(duì)性能要求苛刻的電力電子及大功率電子模塊對(duì)AMB陶瓷覆銅板需求巨大。
按照材料分類陶瓷基板主要材料包括氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)等。

陶瓷粉體是影響陶瓷基板物理、力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。粉體的純度、粒度、物相、氧含量等會(huì)對(duì)陶瓷基板的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響,其特性也決定了基板成型工藝、燒結(jié)工藝的選擇。

BeO陶瓷具有較高的熱導(dǎo)率,但是其毒性和高生產(chǎn)成本限制了它的生產(chǎn)和應(yīng)用。
Al2O3陶瓷基板因其價(jià)格低廉、耐熱沖擊性好已被廣泛應(yīng)用,但因其熱導(dǎo)率相對(duì)較低和熱膨脹率不匹配的問(wèn)題,已無(wú)法完全滿足功率器件向大功率、小型化方向發(fā)展的趨勢(shì)。
AlN和Si3N4陶瓷基板在膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率方面的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向。Si3N4的撓曲強(qiáng)度更是得到大幅改善, 設(shè)計(jì)師們也因此而受益;其斷裂韌性甚至超過(guò)了氧化鋯摻雜陶瓷,在 90 W/mK 的熱導(dǎo)率下達(dá)到了6.5~7 MPa/√m。


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